一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及挠性航天器姿态控制技术领域，为一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构。该结构在现有“中心刚体‑挠性梁‑集中质量块”模型基础上，增加索塔和拉索，索塔关于中心刚体对称设置，索塔一端固定于中心刚体呈固定端，另一端与拉索相接呈自由端；中心刚体、索塔、拉索、质量块位于同一平面，该平面与固定轴保持垂直；质量块通过拉索与索塔的自由端相接，整体呈四边形结构；索塔的自由端设有用于收放拉索的电驱随动机构；电驱随动机构通过收放拉索，在旋转过程中调节质量块的振动响应。采取拉索减振控制策略以增强系统工作性能，实现对系统精度和稳定性的协调控制，攻克了大柔性结构追踪精度低、振动控制效果差的难题。

A Vibration Absorption Model Structure of Flexible Spacecraft Based on Cable Actuation Control Device

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构
本技术涉及挠性航天器姿态控制
，更具体地，为一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构。
技术介绍
大挠性航天器的控制研究主要涉及到两个问题：1)姿态控制问题：即挠性航天器从一种位姿转换到另一种位姿；2)振动抑制问题：在挠性航天器姿态控制的同时，又要考虑抑制挠性附件的结构振动，以减小振动对姿态控制的影响。目前主要采用“中心刚体-挠性梁-集中质量块”的组合回转体模型，在回转力矩的驱动下，挠性梁AB绕固定转轴OZ作回转运动。在无调控下，系统柔性结构的整体运动激发模型挠性梁产生低频振动，一方面，直接改变系统的工作性能，导致低频模态密集，系统整体阵型的固有频率偏低，致使整体结构的刚度偏小，抵抗相应变形的能力变差，振动衰减的速度变慢，周期变长，影响整体稳定性；另一方面，柔性体产生的弹性变形能会反作用于本身而改变运动特征，甚至改变自身惯量，影响运动追踪和位置定位的精度。因此，整体和局部振动的有效协调控制成为保证系统整体追踪精度、提高系统性能稳定性的一个关键科学问题。
技术实现思路
本技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构，采取拉索减振控制策略以增强系统工作性能，实现对系统精度和稳定性的协调控制，从而攻克大柔性结构追踪精度低、振动控制效果差的难题。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构，包括：中心刚体、挠性梁和质量块，所述中心刚体位于挠性梁中心位置，所述质量块设于挠性梁两端，所述挠性梁以中心刚体为中心、以一垂直平分线为固定轴循环旋转。该结构还包括索塔和拉索，所述索塔关于中心刚体对称设置，索塔一端固定于中心刚体呈固定端，另一端与拉索相接呈自由端；所述中心刚体、索塔、拉索、质量块位于同一平面，该平面与固定轴保持垂直；所述质量块通过拉索与索塔的自由端相接，整体呈四边形结构；所述索塔的自由端设有用于收放拉索的电驱随动机构；电驱随动机构通过收放拉索，在旋转过程中调节质量块的振动响应。其中，为更有效抑制挠性梁末端点处产生的振动，采用了辅助对称斜拉振动调控方案，即在中心刚体上对称地安装两个垂直于挠性梁的刚性固定索塔，并通过拉索连接梁末点至索塔顶端的电驱随动机构，电机驱动卷筒带动拉索作牵引运动，电驱随动机构两侧拉索提供对称拉力以减缓挠性梁两侧末端的振动响应。进一步地，所述电驱随动机构包括驱动电机、减速器、齿轮组、传动轴和卷筒，所述卷筒收卷有拉索，驱动电机通过减速器、齿轮组控制卷筒转动，进行拉索收放。其中，驱动电机产生的扭矩通过减速器减速后带动齿轮组，在啮合作用下小齿轮带动大齿轮，从而驱动卷筒转动，系在卷筒上的拉索通过卷筒转动拉索梁一侧的质量块，进而起到对质量块调节的效果。进一步地，所述中心刚体设有用于提供回转力矩的力矩陀螺。进一步地，各段拉索长度相等。进一步地，所述电驱随动机构收放拉索的控制关系为式中，m为拉索等效质量，C为空间阻尼系数，K为拉索弹性刚度系数，y(t)为质量块端弹性位移；y0(t)为卷筒端所在的索塔在垂直方向的摆动幅值，r、θ分别为卷筒半径和转角；T为主动补偿静载荷；β为拉索与索塔的夹角。为实现电驱拉索系统的自由收放调节，同时检测卷筒速度和索张力，通过变频器调节驱动电机的电源频率以及正反转控制电机转速，经减速齿轮带动卷筒转动收放拉索，可实现电驱动拉索系统的主动收放，达到对末端质量块的振动抑制的目的。进一步地，所述挠性梁为柔性桁梁。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术提供了一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构，在现有“中心刚体-挠性梁-集中质量块”模型的基础上，增加辅助对称拉索，形式上构成了一种由支撑的索塔、受拉的索和承弯的桁梁组合成的“塔-索-梁”减振结构体系，这种构型能显著减小梁体内弯矩，增强梁体刚度，增大系统阻尼。采取拉索减振控制策略以增强系统工作性能，实现对系统精度和稳定性的协调控制，攻克了大柔性结构追踪精度低、振动控制效果差的难题。附图说明图1是目前无拉索调控下的自由振动模型图。图2是本技术整体模型结构示意图。图3是电驱随动机构总体结构示意图。图4是拉索-梁端运动数学模型示意图。图5是电驱随动机构控制流程图。图6是本技术整体控制流程图。其中，1中心刚体，2挠性梁(桁梁)，3质量块，4索塔，5拉索，6电驱随动机构，61驱动电机，62减速器，63齿轮组，64传动轴，65卷筒。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。本技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。下面通过具体实施例，并结合附图，对本技术的技术方案作进一步的具体描述：实施例1如图1所示为目前通用的大型空间“中心刚体-挠性梁-集中质量块”的组合回转体模型，在回转力矩的驱动下，挠性梁AB绕固定转轴OZ作回转运动。回转体以OZ为固定轴旋转，在不考虑扭转和剪切情况下视AB为具有一定挠性的Euler-Bernoulli梁，且满足如下假设：(a)材料均匀，各横截面面积相等，偏心距为0；(b)材料各向同性，本构关系满足Hooke定律；(c)梁在变形前垂直于轴线的截面在变形后仍为平面，且垂直于该轴线；(d)小变形和小应变。为更有效抑制挠性梁2末端点处产生的振动，本实施例提供了一种基于拉索5作动调控装置的挠性航天器减振模型结构，包括中心刚体1、挠性梁2、质量块3、索塔4和拉索5，具体地，挠性梁2为柔性桁梁，中心刚体1设有用于提供回转力矩的力矩陀螺。其中，中心刚体1位于挠性梁2中心位置，质量块3设于挠性梁2两端，挠性梁2以中心刚体1为中心、以一垂直平分线为固定轴循环旋转。索塔4关于中心刚体1对称设置，索塔4一端固定于中心刚体1呈固定端，另一端与拉索5相接呈自由端；中心刚体1、索塔4、拉索5、质量块3位于同一平面，该平面与固定轴保持垂直；质量块3通过拉索5与索塔4的自由端相接，整体呈四边形结构；索塔4的自由端设有用于收放拉索5的电驱随动机构6；电驱随动机构6通过收放拉索5，在旋转过程中调节质量块3的振动响应，以减缓柔性桁梁两侧末端的振动响应。增加辅助对称斜拉方案后的索-梁物理模型，形式上构成了一种由支撑的索塔4、受拉的拉索5和承弯的桁梁2组合成的“塔-索-梁”减振结构体系，这种构型能显著减小梁体内弯矩，增强梁体刚度，增大系统阻尼。如图2所示，OXYZ为惯性坐标系，oxyz为梁本体坐标系，作用在旋转固定轴OC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构，包括中心刚体(1)、挠性梁(2)和质量块(3)，所述中心刚体(1)位于挠性梁(2)中心位置，所述质量块(3)设于挠性梁(2)两端，所述挠性梁(2)以中心刚体(1)为中心、以一垂直平分线为固定轴循环旋转，其特征在于：还包括索塔(4)和拉索(5)，所述索塔(4)关于中心刚体(1)对称设置，索塔(4)一端固定于中心刚体(1)呈固定端，另一端与拉索(5)相接呈自由端；所述中心刚体(1)、索塔(4)、拉索(5)、质量块(3)位于同一平面，该平面与固定轴保持垂直；所述质量块(3)通过拉索(5)与索塔(4)的自由端相接，整体呈四边形结构；所述索塔(4)的自由端设有用于收放拉索(5)的电驱随动机构(6)；电驱随动机构(6)通过收放拉索(5)，在旋转过程中调节质量块(3)的振动响应。

【技术特征摘要】
1.一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构，包括中心刚体(1)、挠性梁(2)和质量块(3)，所述中心刚体(1)位于挠性梁(2)中心位置，所述质量块(3)设于挠性梁(2)两端，所述挠性梁(2)以中心刚体(1)为中心、以一垂直平分线为固定轴循环旋转，其特征在于：还包括索塔(4)和拉索(5)，所述索塔(4)关于中心刚体(1)对称设置，索塔(4)一端固定于中心刚体(1)呈固定端，另一端与拉索(5)相接呈自由端；所述中心刚体(1)、索塔(4)、拉索(5)、质量块(3)位于同一平面，该平面与固定轴保持垂直；所述质量块(3)通过拉索(5)与索塔(4)的自由端相接，整体呈四边形结构；所述索塔(4)的自由端设有用于收放拉索(5)的电驱随动机构(6)；电驱随动机构(6)通过收放拉索(5)，在旋转过程中调节质量块(3)的振动响应。2.根据权利要求1所述的一种基于拉索作动调控装置的挠性航天器减振模型结构，其特征在于：所述电驱随动机构(6)包括驱动电机(61)、减速器(62)、齿轮组(63)、传动轴(64...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳其宝，庞洪臣，李贵，侯明鑫，李军，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：新型
国别省市：广东,44